基于粒子滤波的锂离子电池剩余使用寿命预测

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1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2015522079密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于粒子滤波的锂离子电池剩余使用寿命预测ResearchonRemainingUsefulLifeofLithium-ionbatterieswithParticleFilterAlgorithm作者姓名：刘亚姣专业：系统工程研究方向：复杂系统建模、优化与控制指导教师：刘振泽副教授培养单位：通信工程学院2018年6月基于粒子滤波的锂离子电池剩余使用寿命预测ResearchonRemainingUsefulLifeofLithium-ionbat

2、terieswithParticleFilterAlgorithm作者姓名：刘亚姣专业名称：系统工程指导教师：刘振泽副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年6月2日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者。否则著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限），应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交学位论文是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经

3、注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：１３＾曰期：年＃月今曰摘要基于粒子滤波的锂离子电池剩余使用寿命预测锂离子电池作为目前便携式电子设备、电动汽车的重要供能来源，其故障会带来严重的事故和经济损失，甚至威胁着人员的生命安全。若在锂离子电池循环使用过程中，可以准确地知晓电池的老化速率，就可以在故障发生之前及时地更换电池，从而有效避免事故的发生，保障整个系统的正常运行。但是由于

4、电池的老化速率是无法准确测量的，故需要对其剩余使用寿命（RUL）的预测进行研究。本文以18650型圆柱锂离子电池为研究对象，针对锂离子电池在循环使用过程中的剩余使用寿命问题进行研究，主要分为以下几个方面：首先，本文从理论上分析了锂离子电池的工作原理及其寿命退化的机理，选取了电池容量作为评价电池寿命终结与否的指标，并介绍了粒子滤波算法的数学基础与实现步骤。同时，对常用的容量衰退完全经验模型进行分析，选取出和电池数据匹配度较好的双指数经验模型作为本文的研究重点，并计算出了该形式下模型中的未知参数，利用标准粒子滤波完成了对电池剩余使用寿命的估计。其次，对影响电

5、池寿命预测精度的各因素进行了分析。针对粒子滤波算法中存在的关键性问题——样本退化问题，引入一种基于MCMC的无味粒子滤波改进算法，即通过无味粒子滤波产生更优的重要性密度函数，并在重采样步骤后引入MCMC算法来产生新的粒子集以保证粒子的多样性，从而更全面地克服标准粒子滤波算法中的粒子退化问题。最后，针对常用的电池容量衰退经验模型无法准确反映电池容量衰退局部特征，进而导致电池剩余使用寿命预测不精准的问题，运用分段思想对电池容量衰2退数据的各阶段进行回归分析并利用模型适配度的评价指标RMSE和R对模adj型各段拟合效果进行比较，在此基础上对现有模型提出了3种改

6、进思路，并依据2RMSE、R、AIC准则等指标对模型进行优选，寻找对电池容量衰退数据具有adj更好匹配度的组合模型并通过仿真实验验证组合模型的预测性能和一定的适用性，为容量衰退模型的改进提供了一种思路。关键词：锂离子电池，剩余使用寿命预测，粒子滤波，粒子退化，容量衰退模型，模型改进IABSTRACTResearchonRemainingUsefulLifeofLithium-ionbatterieswithParticleFilterAlgorithmLithium-ionbatteries,asanimportantsourceofenergyforp

7、ortableelectronicdevicesandelectricvehicles,cancauseseriousaccidentsandeconomiclosses,andeventhreatenthelivesofpeople.Iftheagingrateoflithium-ionbatteriescanbeaccuratelyknownduringtherecyclingprocess,thebatteriescanbereplacedintimebeforethefailureoccurs,therebyeffectivelyavoiding

8、accidentsandensuringthenormaloperationof